Если клетки растения хотят двигаться, им нужно расти. Одним из ярких примеров этого является пыльцевая трубка. Когда пыльца попадает на цветок, пыльцевая трубка направляется внутрь женских репродуктивных органов. Это позволяет доставить мужские гаметы, поэтому может произойти оплодотворение.
Особенность пыльцевой трубки состоит в том, что она состоит из одной клетки, которая продолжает расширяться и, в крайних случаях, может достигать длины в несколько сантиметров. «Это делает пыльцевые трубки интересным объектом для исследования процессов направленного роста», – говорит профессор Инго Хейлманн, руководитель отдела биохимии растений MLU.
В текущем исследовании команда Хейльмана сосредоточилась на фосфолипидах пыльцевых трубок, которые, как основной компонент плазматической мембраны, отвечают за отделение внутренней части клетки от окружающей среды. «Общеизвестно, что липиды обладают этой структурирующей функцией», – говорит д-р Марта Фратини, первый автор исследования. Только недавно стало известно, что некоторые фосфолипиды также могут регулировать клеточные процессы.
Ученые из Галле теперь смогли показать, что специфический фосфолипид, называемый фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфатом («PIP2»), может контролировать различные аспекты роста клеток в пыльцевых трубках – в зависимости от его положения на плазматической мембране. Они сделали это, пометив липид флуоресцентным маркером. «Мы обнаружили, что он либо диффузно распределен по всему кончику пыльцевой трубки без узнаваемого рисунка, либо сконцентрирован в небольших динамических нанодоменах», – объясняет Фратини. Можно представить себе группу людей на площади: либо индивиды остаются 1.5 метров друг от друга, как предписано в настоящее время, или они образуют небольшие группы.
Похоже, что разные ферменты ответственны за различное распределение PIP2. «В клетках растений есть несколько ферментов, которые могут производить этот фосфолипид», – объясняет Хейльманн.
Как и липиды, некоторые из этих ферментов широко распределены по мембране, а другие сконцентрированы в нанодоменах, как показано в текущем исследовании. В зависимости от того, какой из ферментов искусственно увеличили исследователи, либо цитоскелет – структура, важная для направленного роста – стабилизировалась, и пыльцевая трубка набухла на кончике, либо было больше пектина – важного строительного материала для стенок растительных клеток – секретный. Это заставило клетку разветвляться на кончике. Чтобы убедиться, что распределение липидов действительно отвечает за эти эффекты роста, биохимики искусственно изменили расположение ферментов на плазматической мембране – от кластеров к широкому рассеянию или наоборот.
Оказывается, они смогли контролировать соответствующие эффекты на рост клеток.
«Насколько мне известно, наше исследование – первое, в котором удалось проследить регуляторную функцию липидов до их пространственного распределения в мембране», – говорит Хейльманн.
Теперь необходимы дальнейшие исследования, чтобы выяснить, как именно собираются мембранные нанодомены и как распределение PIP2 на мембране может иметь такие различные эффекты.